2020 Fiscal Year Research-status Report
バイオ3Dプリンタにより創出する靭帯組織体を用いて靭帯再建を目指す研究
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19K18503
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
村田 大紀 佐賀大学, 医学部, 助教 (00772683)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 靭帯再建 / バイオ3Dプリンタ / 自動伸展循環培養容器 / 靭帯組織体 / 細胞構造体 / iPS細胞由来間葉系幹細胞 / 脂肪組織由来間葉系幹細胞 / 靭帯損傷 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，靭帯損傷に対する新たな治療法の確立を目的に，バイオ3Dプリンタにより造形する細胞構造体を用いて，靭帯組織体を創出する計画である。
①昨年度の実験結果を基に，実験用ウサギ（日本白色家兎）の背部から皮下脂肪組織を採取して，間葉系幹細胞を分離・培養した後に，細胞凝集塊を作製した。次に，バイオ3Dプリンタを用いてチューブ状の細胞構造体を造形し，自作の循環培養容器にて一定期間培養することで構造体を成熟させた。その後，ウサギの膝蓋靭帯に欠損を作製し，構造体の一部を切離して展開することによりシート状とした上で，欠損部に埋植・縫合して自家移植することに成功した。
②上記①により，本年度は18羽のウサギに自家移植し，6週，12週，および，24週の3郡に分けて経過を観察して，既に全ての個体について剖検済みである。現在は，肉眼所見および組織学的所見を基に，靭帯の再生に関する評価を行っている最中である。
③上記とは別に，ヒトiPS細胞由来間葉系幹細胞とヒト線維芽細胞を増殖させ，細胞凝集塊を作製してバイオ3Dプリンタによりチューブ状の細胞構造体を造形した。次に，自作の自動伸展循環培養容器を用いて，構造体を一定期間培養して成熟させた後に，引張試験機を用いて構造体の破断強度[N/mm^2]を測定し，力学的特性を評価した。その結果，昨年度より培養の早い段階でより強い力学的特性を有する靭帯組織体の創出に成功した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
①昨年度の実験結果を基に，ウサギ脂肪幹細胞から成る細胞構造体を造形し，ウサギの膝蓋靭帯に作製した欠損に自家移植する方法を確立した。これにより，幹細胞からなる細胞構造体が，靭帯組織の再生に寄与する可能性について，検証することが可能である。
②上記①により，本年度は18羽のウサギへの自家移植が実現し，6週，12週，および，24週と3郡に分けて経過を観察した。これより，それぞれの移植後経過期間が，細胞構造体による靭帯再生に与える影響についても検証することが可能である。
③一方で，ヒトiPS細胞由来間葉系幹細胞とヒト線維芽細胞から成るチューブ状細胞構造体を造形し，自作の自動伸展循環培養容器を用いて，昨年度よりさらに靭帯組織の力学的特性に近い構造体を作製することに成功した。これより，同様の条件で長期間培養することで，より強い力学的特性を有する靭帯組織体を創出することが可能である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究において今年度は，以下①～③の実験成果を得ることに成功した。
①ウサギ脂肪幹細胞から成る細胞構造体を造形し，ウサギの膝蓋靭帯に作製した欠損に自家移植する方法を確立した。
②18羽のウサギに自家移植し，6週，12週，および，24週と3郡に分けて経過を観察することに成功した。
③ヒトiPS細胞由来間葉系幹細胞とヒト線維芽細胞から成るチューブ状細胞構造体を造形し，自作の自動伸展循環培養容器を用いて，昨年度よりさらに靭帯に近い力学的特性を有する構造体を作製することにも成功した。
上記①と②については，現在実施中である肉眼的および組織学的評価をまとめ，実験結果を客観的に検証する予定である。また，上記③については今後，さらなる培養環境の改善を検討することで，より高い破断強度[N/mm^2]を有する靭帯組織体を創出する予定である。さらに来年度は，これまでに得られたデータを統括して検討を重ね，国内および国外での学会において積極的に発表を行うと共に，そこで得られた討論の内容を踏まえた上で，本研究内容を学術論文として公表することを目指す予定である。
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